小型化高频雷达接收阵列的研究

论文摘要

高频地波雷达以其能够对海上舰船目标及低空飞行目标进行超方向性探测的优点得到了广泛的研究和关注,而其庞大的接收天线占地面积限制了雷达的应用,因此需要进行高频波段接收天线阵列的小型化研究。本文给出旁瓣约束下最优化方向性系数的天线综合方法;根据高频雷达的外部噪声占优条件,综合考虑设计出超方向性接收圆阵,并用超分辨原理对阵列进行空间谱分析。再利用圆阵的互耦矩阵建模,对所设计的超方向性圆阵进行互耦校正,减小了互耦对圆阵的影响。首先,本文介绍了与天线及阵列小型化相关的基础知识,给出用于分析的线阵及圆阵列接收信号的数学模型,介绍了阵列综合相关的圆阵方向图、超方向性阵列可用性及MUSIC算法的基本原理。其次,提出了超方向性圆阵设计的综合方法,考虑圆阵最优天线方向性系数,给出了圆阵的最优化方向性系数的综合方法;为减少圆阵有较高旁瓣的局限性,这里通过迭代方法实现了对圆阵天线旁瓣的抑制,提出旁瓣约束下的最优方向性系数的综合方法。然后分别利用上面两种综合方法,对奇数元圆阵进行仿真。再通过计算由上述方法得到的圆阵的阵列效率,得到满足外部噪声占优时的圆阵的参数要求。综合考虑各项因素,设计出最优的超方向性圆阵。本文进一步对超方向性圆阵阵元间的互耦影响进行研究。首先给出高斯白噪声背景下,对圆阵互耦的校正方法。然后介绍了高阶累积量的基本理论以及高阶累积量在处理高斯色噪声时的优势,并利用四阶累积量,结合子空间正交原理,进一步给出空间高斯色噪声背景下的圆阵互耦的校正算法。最后对算法进行了计算机仿真。最后,利用以上得到的圆阵列,通过将其线形排列,考虑高频雷达对方向性系数、角度分辨力及带宽的要求,对Chebyshev加权的线性圆阵列用MUSIC算法进行仿真,得到符合要求的超方向性圆阵列构成的阵列。实现高频雷达接收阵列的小型化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 阵列天线小型化的发展及现状综述
• 1.2.1 超方向性阵列及其综合方法
• 1.2.2 超分辨空间谱估计算法
• 1.2.3 圆阵阵元间互耦的校正
• 1.3 本文的主要工作及内容安排
• 第2章 阵列天线小型化的基础知识
• 2.1 阵列天线基础
• 2.1.1 阵列天线基本参数
• 2.1.2 阵列天线方向图
• 2.1.3 波瓣图相乘原理
• 2.2 线阵及圆阵接收信号的数学模型
• 2.3 阵列天线综合的相关基础知识
• 2.3.1 阵列的方向性综合问题
• 2.3.2 圆形阵列方向图
• 2.3.3 超方向性阵列天线
• 2.3.4 MUSIC 算法原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 超方向性圆阵的综合方法
• 3.1 超方向性圆阵天线综合方法
• 3.1.1 圆阵的最大天线方向性系数
• 3.1.2 最优圆阵方向性系数的综合方法
• 3.1.3 圆阵旁瓣约束下最优方向性综合方法
• 3.2 对满足外部噪声占优的超方向性圆阵的设计
• 3.3 超方向性圆阵综合设计及仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 超方向性圆阵的互耦校正
• 4.1 互耦对阵列的影响
• 4.1.1 阵元互耦的补偿方法
• 4.2 基于互耦矩阵的圆阵互耦校正
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 算法的计算机仿真及性能分析
• 4.3 色噪声背景下的圆阵互耦校正算法
• 4.3.1 高阶累积量的基本介绍
• 4.3.2 基于四阶累积量的圆阵互耦校正算法
• 4.3.3 算法的计算机仿真及性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 超方向圆阵阵列的超分辨算法
• 5.1 线阵及常规平面阵
• 5.1.1 线阵的切比雪夫加权
• 5.1.2 线阵栅瓣
• 5.1.3 常规平面阵的分析
• 5.2 对超方向性圆阵阵列的分析
• 5.2.1 由圆阵构成的接收线形阵列方向性
• 5.2.2 由圆阵构成的接收线形阵列分辨力
• 5.2.3 由圆阵构成的接收线形阵列带宽分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢